Olaru Adrian-Mihai 343A3

Ingineria biomedical i aplicaiile ei n studiul presiunii sngelui

1. INTRODUCEREIngineria biomedical studiaz aparatura de investigare, terapie, monitorizare i de laborator utilizat n biologie i n medicin, precum i principiile, metodele i tehnicile care stau la baza exploatrii acestei aparaturi. Ingineria biomedical creeaz modele funcionale, aparatur medical, implanturi i proteze mecanice, organe artificiale. De asemenea, Ingineria medical presupune nu numai producerea de echipamente biomedicale performante, ci i utilizarea acestor echipamente n condiii de calitate a actului medical i de securitate pentru pacient i personalul medical. Cele mai simple aciuni ale vieii de zi cu zi constituie obiect de studiu pentru specialitii din domeniul Bioingineriei (biologi, fizicieni, ingineri si medici). Progresele obinute n domeniul Bioingineriei constituie rezultatele muncii n echip a bioinginerilor i a medicilor. Ramurile ingineriei biomedicale conform clasificrii IEEE - EMBS (Societatea de Inginerie n Medicin i Biologie ) sunt: Biomecanica - studiaz mecanica fluidelor (simularea funcionrii aparatelor cardiovascular i urinar, analize de laborator, tratamente specifice - hemodializa) i mecanica corpului solid (studiul funcionarii aparatului locomotor, implantare i protezare, osteosinteza fracturilor). Un capitol aparte al Biomecanicii l constituie tehnicile sportive, mbuntirea performanelor sportivilor. Biomateriale - studiaz aparatura medical de intervenie (ace, electrozi, instrumentar operator, etc.), protezele anatomice (implanturi, interventii stomatologice) din punct de vedere al calitii materialelor utilizate, n special al biocompatibilitii. Biotehnologii medicale - se refer mai ales la proiectarea, producerea i utilizarea de materiale noi (instrumentaie, medicamente, etc), elaborarea de tehnologii terapeutice. Biosenzori - se ocup cu detectarea semnalelor (informaiilor) fiziologice i convertirea lor n semnale tehnice standardizate, de cele mai multe ori electrice, pentru a fi cuantificate. Modelarea, simularea i controlul sistemelor biologice - urmrete stabilirea unor teorii cat mai riguroase privind mecanismele de desfurare a proceselor fiziologice i modelarea matematic a acestora n scopul limitrii experimentelor in vivo. Instrumentaie biomedical n strns legatur cu domeniul biosenzorilor i biomaterialelor; vizeaz creterea calitii i siguranei investigaiilor medicale utile n

1

diagnosticare, interveniilor terapeutice i chirurgicale, monitorizarea actului medical, etc. Analiza semnalelor n medicin i biologie - prelucreaz i analizeaz statistic semnalele nregistrate prin diferite masurri n scopul extragerii maximului de informaie util n diagnosticare i monitorizare. Bioingineria de recuperare - prezint aspecte terapeutice prin procedurile medicale recuperatorii (balneo i fizioterapie, stimulare electric i magnetic) asistate de aparatur specializat, dar i de protezare, n acord cu domeniile biomaterialelor i biosenzorilor). Implanturi - proteze i organe artificiale - domeniu strns legat de cel al biomaterialelor i al simulrii i modelrii fiziologice, avnd drept scop nlocuirea unor segmente anatomice cu structuri similare artificiale; se pun probleme de compatibilitate funcional i toleran- din partea organismului. Implanturile se pot clasifica din punct de vedere funcional n implanturi active (organele artificiale) i implanturi pasive (protezele). Efecte biologice ale cmpului electromagnetic - interaciunea dintre organismele vii i cmpurile electrice i magnetice din mediu este un proces continuu i din ce n ce mai accentuat prin dezvoltarea civilizaiei moderne; se pot pune n eviden att influene negative (poluare electromagnetic), ct i benefice (terapeutica medical n mediu electromagnetic); apar probleme de dozare i control n expunere. Informatica medical - prezint mai multe aspecte: gestiune de date n cadrul evidenei instituiilor medicale (personal, financiar, fie medicale, foi de tratament, etc.);

baze de date cu informaii medicale accesibile unor comuniti medicale extinse (telemedicina, colecie radiologic stocat n imagini, dicionar ECG, colecii de imagini tomografice, etc); asistena computerizat n desfurarea sau pregtirea interveniilor clinice - monitorizare, modelare; utilizarea facilitilor multimedia n scop informaional i educativ.

Imagistica medical - metod modern i tot mai raspandit de diagnosticare medical (CT, RMN, ultrasunete, etc) se asociaz modelrii matematice i este deosebit de util n cercetarea medical. Inginerie clinic - vizeaz proiectarea i dezvoltarea de faciliti n domeniul medical (aparatur, construcii, tehnici terapeutice, etc.) oferind soluii tehnice problemelor ridicate de medici. 1.2. Clasificarea aparatelor medicale O categorie important a aparatelor medicale o constituie aparatele electronice, dotate cu calculatoare i software-uri specializate. Acestea permit obinerea rezultatului imediat, ofer posibilitatea explorrii nedistructive, n majoritatea situaiilor, precum i transmiterea, stocarea

2

informaiilor n baze de date i monitorizarea n timp a investigaiilor efecuate. De asemenea, acest tip de ararate nu influeneaz activitatea biosistemelor. n prezent, o alt categorie de aparate biomedicale din ce n ce mai rspndite, o constituie aparatele purtate de individ, respectiv cele care pot fi utilizate la domiciliul pacientului pentru controlul parametrilor fiziologici, respectiv pentru tratament (termometre, tensiometre, aparate pentru glicemie, aparate pentru dializ, etc). Rezultatele spectaculoase obinute cu aparatele biomedicale moderne sunt datorate utilizrii computerelor. Principalul criteriu dup care pot fi clasificate aparatele medicale const n scopul pentru care acestea sunt folosite. Astfel, din punct de vedere al destinaiei, aparatele biomedicale pot fi grupate n: Aparatur de laborator, destinat efecturii diferitelor teste microbiologice, n scopul stabilirii unui diagnostic sau pentru cunoaterea structurii i proprietilor biochimice sau biofizice, a parametrilor fiziologici pentru anumii compui chimici sau probe prelevate din diferite organe: analizoare hematologice, analizoare biochimice, fotometre, analizoare imunologice, ; Aparatur pentru diagnostic i cercetare (aparatur pentru explorri funcionale), destinat investigrii organismului uman, n scopul cunoaterii strii normale sau patologice a acestuia: termometre, stetoscoape, fonocardiografe, electrocardiografe, electroencefalografe, electromiografe, electroretinografe, aparate pentru msurarea conductivitii pielii, reografe de impedan pulmonar sau vascular, aparate Rtgen, etc; tensiometre, otoscoape, oftalmoscoape, laringoscoape, glucometre, etc. Aparatur pentru terapie, destinat tratamentului unei anumite afeciuni: stimulatoare ale sistemului nervos sau muscular,, bi de curent continuu, aparate pentru electroliz, aparate pentru electroforez, aparate pentru diatermie cu unde scurte sau microunde, ionizatoare, aparate cu raze X, cu radiaii Gamma sau cu fascicule de electroni, generatoare de infraroii, generatoare de ultraviolete, vibratoare, aparate de masaj, aparate laser, aparate pentru hemodializ, aparate pentru fizioterapie (ultrasunete, microunde, unde scurte, laser, vacuum, magnetice, etc), unituri dentare, aparate aerosoli, etc; Aparatur i instrumentar pentru chirurgie, destinat interveniilor chirurgicale: bisturie, aparate pentru electrocauterizare (elecrocautere si electrobisturie), laparoscoape, mese de operatie, lampi scialitice, aspiratoare chirugicale, instalatii pentru apa sterila, etc; Aparatura pentru anestezie, destinat proceselor de anestezie i monitorizrii pacientului pe perioada anesteziei: ventilaie paturi A.T.I., monitoare, defibrilatoare, pulsoximetre, etc. Aparatur pentru monitorizare; Aparatur pentru sterilizare, destinat sterilizrii instrumentarului utilizat n interveniile medicale: autoclave, pupinele, etc; Aparatur a si echipamente pentru asistenta medicala de urgenta: trolii, extractoare portabile cu vacuum, aparate pentru reanimare, defibrilatoare, ventilatoare portabile, etc;

3

Aparatur pentru implantare/protezare, destinat reabilitrii sau suplinirii funciilor naturale ale corpului uman. Prin intermediul sistemelor de grafic asistat de calculator (CAD), ingineria biomedical i chirurgia ortopedic pot construi proteze individualizate. Anatomia segmentului ce urmeaz a fi implantat sau protezat este nregistrat printr-o tehnic imagistic, iar modelul 3D este realizat folosind programe specializate de reconstrucie. Sistemul CAD realizeaz proiectul sistemului de implantare/protezare, iar sistemul CAM execut implantele/protezele, precum i dispozitivele necesare interveniei. Aparatele auditive sunt probabil cele mai rspndite aparate senzoriale produse de ingineria biomedical. Acestea pot s conin fie tranzistori amplificatori, fie mici circuite integrate care amplific undele sonore mult peste pragul de audibilitate la oameni (ntre 20 i 32 mii Hz). Undele sonore amplificate sunt transmise prin craniu i prin structurile auditive din ureche. Detectarea vorbirii poate fi fcut eficient prin internediul unui chip. Un program coninut ntr-un chip poate extrage i amplifica foneme sau grupuri de sunete nazale i vocale din vorbirea unei persoane ctre o persoan ce prezint deficien de auz i care are montat n ureche un astfel de chip.

Organe artificiale au ca scop primordial meninerea vieii. Acestea includ stimulatoare cardiace, plamni artificiali pentru furnizarea oxigenului n timpul operaiilor pe cord deschis, rinichi artificiali. Calitatea organelor artificiale este condiionat calitatea biomaterialelor, de biocompatibilitatea acestora, de necesitatea utilizrii unor surse de putere mici dar eficiente. Aparatur pentru cosmetic destinat tratamentelor cosmetice: vaporizatoare, uniti pentru corectarea corpului, electrostimulatoare, electroepilatoare, aparate pentru masaj, aparate pentru terapie cu ultrasunete, aparate pentru termoterapie, camere de ionizare, solare, etc.

Aparatur pentru Fitness, destinat exerciiilor pentru ntreinerea i modelarea corpului Home medical equipments, destinate investigaiilor funcionale i tratamentului, respective monitorizrii la domiciliul pacientului. Acest tip de aparate i echipamente sunt utile pentru recuperrile la domiciliu, sunt confortabile i asigur independena pacientului (mers, mbrcat, enjoy hobbies, etc): aparate pentru explorri funcionale (temperatur, presiune arterial, glicemie, etc), echipamente pentru respiraie, scaune cu rotile, suporturi ajuttoare pentru mers, aparate pentru terapie fizic, recuperatorie, etc. De asemenea, aparatele biomedicale pot fi clasificate n funcie de metodele care stau la baza funcionrii, respectiv a prelucrrii i interpretrii rezultatelor: Metode cu radiaii X, folosite att pentru diagnostic, ct i pentru terapie (angiografia, computer tomografia); Metode pe baz de curent electric (electroterapie); Metode bazate pe ultrasunete (efectul Doppler, ecografia); Metoda rezonanei magnetice nucleare (RMN); Metode bazate pe imagistic (tomografia, RMN, ecografia, radiografia clasic).

Este dificil de fcut o clasificare riguroas a aparatelor biomedicale n funcie de metodele care stau la baza funcionrii acestora, deoarece aparatele moderne mbin din ce n ce mai mult diferite metode (combinarea ecografiei cu tehnici Doppler ofer rezultate bune n cardiologie). n prezent, cele mai spectaculoase rezultate sunt obinute cu aparatele care folosesc metode bazate pe imagistic.

4

Un alt criteriu de clasificare a aparatelor biomedicale const n gradul de periculozitate al metodelor folosite: metode invazive sau neinvazive. Unele din metode sunt neinvazive, ceea ce constituie un mare avantaj (vizualizarea cu ajutorul ultrasunetelor, rezonana magnetic nuclear). Exist i metode care necesit cateterizri, injectarea unor substane de contrast i/sau utilizarea unor radiaii ionizante. 1.3. Aparatura pentru diagnostic Diagnosticul histopatologic se bazeaz, n mare msur, pe experiena diagnosticianului, dar i pe rezultatele investigrilor funcionale. n vederea stabilirii unui diagnostic, este necesar s se cunoasc valorile normale ale parametrilor fiziologici, valorile specifice ale acestor parametri, precum i evoluia n timp a acestora. n strile patologice, stabilirea diagnosticului este rezultatul comparaiei dintre valorile mrimilor fiziologice determinate pentru subiectul investigat cu valorile mrimilor fiziologice pentru starea normal. Principalele tipuri de aparate pentru investigarea organismului uman sunt: Termometrele sunt utilizate pentru msurarea temperaturii corpului uman. Temperatura este o mrime fiziologic foarte important pentru starea general a organismului uman. Astfel, de la msurarea obinuit a temperaturii unui subiect uman cu ajutorul unui termometru obinuit s-a ajuns la termografele care nregistreaz adevrate hri de temperaturi. Aparatele pentru msurarea frecvenei cardiace (cardiofrecvenmetre). Aparatele pentru msurarea pulsului (pletismografe). Mrimile caracteristice pulsului (amplitudine, frecven) depind de frecvena cardiac, de debitul sistolic, de elasticitatea vaselor de snge, de presiunea i viteza sngelui. Pletismografia se bazeaz pe variaia volumului esuturilor ca efect al modificrii fluxului sanguin. Aparatele pentru msurarea presiunii sngelui pot fi folosite pentru determinarea presiunii arteriale, a presiunii venoase, intrapulmonare, intraoculare, etc. Presiunea sngelui este o mrime fiziologic foarte important pentru sistemul cardiovascular. Msurarea presiunii sngelui se poate face prin metode directe, cnd este folosit un traductor cu cateter, respectiv prin metode indirecte, cu ajutorul sfigmomanometrelor. Metodele directe sunt mai precise, dar necesit strpungerea vasului de snge. Aparatele pentru msurarea debitului sanguin se bazeaz pe metode directe (debitmetre cu bul, manometre difereniale, rotametre, debitmetre cu ultrasunete, debitmetre electromagnetice) sau metode indirecte. Aparatele pentru determinarea impedanei esuturilor funcioneaz pe baz de punte de curent alternativ sau pe baza metodei celor patru electrozi. Aparatele pentru investigarea sistemului respirator furnizeaz informaii despre volumele i capacitile respiratorii (spirometre), despre temperatura n fosa nazal (pneumografe), despre impedana toracic. Aparatele pentru nregistrarea semnalelor bioelectrice nregistrarea biopotenialelor electrice generate de inim (vectorcardiografia, electrocardiografia, fonocardiografia);5

nregistrarea biopotenialelor generate de creier (electroencefalografia); nregistrarea biopotenialelor electrice generate de muchi (electromiografia); nregistrarea biopotenialelor generate de ochi electrooculografie, electroretinografie) Aparatele de diagnostic cu raze X (Rntgen) ofer o vizualizare a formei i densitii diferitelor organe, a elementelor de structur ale scheletului uman. Metodele care stau la baza funcionrii acestor aparate sunt: Radioscopia constituie o metod de investigare dinamic, ce se bazeaz pe efectul de fluorescen i pe legea absorbiei selective. Imaginea radioscopic este o imagine pozitiv a zonei investigate. Doza de iradiere este mare, att pentru pacient, ct i pentru cel care investigheaz. Radioscopia este utilizat pentru investigarea organelor toracice i a tubului digestiv. Radiografia se bazeaz pe efectul fotochimic al radiaiilor. Imaginea radiografic este o imagine negativ a zonei investigate. Doza de iradiere este redus. Imaginea obinut este transpus pe un film radiografic (suport transparent acoperit cu substan fotosensibil). Tomografia constituie o metod de investigare a diferitelor organe bazat pe studiul unor seciuni prin acestea. Tomografia computerizat reprezint o metod de imagistic n care, cu ajutorul unui fascicol de raze X, se produce imaginea unui plan selectat din zona de interes. Aparatele de diagnostic cu ultrasunete ofer informaii despre diferite organe, despre vasele sanguine i circulaia sngelui. Tehnicile Doppler ofer un mod de abordare neinvaziv pentru studiului hemodinamicii ntr-un mare numr de tipuri de esuturi. Combinaia dintre un ecograf i un vitezometru Doppler const n integrarea n acelai echipament a unui ecograf rapid i un detector de informaie Doppler pentru fiecare pixel al imaginii ecografice. n cardiologie, combinarea unui sistem Doppler cu un ecograf constituie un factor decisiv care a condus la un progres n explorarea neinvaziv a hemodinamicii inimii. Aparate de diagnostic bazate pe Rezonana magnetic nuclear Rezonana magnetic nuclear este o metod care permite obinerea unor imagini de seciuni multiplanare, deosebit de precise, prin corpul uman. Forma de interogare a materiei este cmpul magnetic. Aparate de diagnostic bazate pe imagistica medical constituie n prezent o categorie important, poate cea mai important. Starea patologic implic modificarea structurilor anatomice, astfel nct posibilitatea de a obine imagini din interiorul organismului este foarte important pentru o diagnosticare precis. Imaginile pot fi obinute utiliznd raze X, cmp electromagnetic sau ultrasunete. Investigaiile bazate pe imagistic presupun interogarea esuturilor i a organelor cu ajutorul unor fluxuri de energie, care, prin impactul cu materia investigat furnizeaz semnale diferite, n funcie de natura esutului, de adncime, de proprietile fizice ale acestuia. Metodele imagistice se pot clasifica n: Invazive: angiografia, radiologia intervenional;

6

Nocivitate cert: radiologia digitizat-numerizat, metodele radioizotopice, computer tomografia; Nocivitate incert: rezonana magnetic nuclear, ecografia; Este foarte greu de realizat o clasificare a aparatelor pentru diagnostic. Acestea pot fi clasificate dup mrimea care este msurat, dup forma de interogare a esuturilor (raze X, cmp magnetic, ultrasunete, etc.), dup gradul de nocivitate, dup forma de redare a informaiei. Indiferent de aspectele considerate, imagistica medical include diferite tehnici i ofer cele mai concludente rezultate. 1.4. Imagistica medical Medical Imaging reprezint orice metod, respectiv orice procedur de investigare n care diagnosticul este bazat pe obinerea i interpretarea imaginilor. n general, imagistica medical include nu numai diagnosticul prin imagine, ci i microscopia, endoscopia, etc. Imagistica medical cuprinde toate metodele de obinere a informaiei despre morfologia i funciile organelor i esuturilor, cu ajutorul unor fluxuri de radiaii ce pot fi detectate, prelucrate, stocate printr-un sistem analog-digital i redate ulterior. Principalele metode de investigaie bazate pe imagistic sunt: ultrasonografia (ecografia, metoda Doppler), radiologia digitizat, computer tomografia, rezonana magnetic nuclear, tomografia prin emisie monofotonic i biofotonica, scintigrafia cu anticorpi monoclonali i endoscopia virtual. Orice metod devine imagistic atunci cnd are: surs de energie; un sistem de detectare; un sistem de preluare-prelucrare analog-digital, stocare pe calculator sau microprocesor; un sistem de redare digital-analog.

Radiologia digitizat permite obinerea unei imagini radiologice asemntoare celei clasice, dar cu o rezoluie mult crescut. Radiologia digitizat se realizeaz prin adugare-interpunere la receptorul clasic a unui sistem de conversie analog-digital, care transform informaia n date numerice. Acestea sunt transferate n memoria unui calculator unde sunt prelucrate n vederea creterii valorii lor informative. Computer tomografia este o metod extrem de valoroas datorit rezoluiei deosebite a imaginilor pe care le ofer. Ea permite obinerea unor detalii anatomice i o evaluare a funciei i circulaiei. Din punct de vedere tehnic computer tomografia folosete o surs de radiaii X i un sistem detector, iar formarea imaginii presupune intervenia unui procesor care preia datele, le nregistreaz, le analizeaz i apoi construiete imaginea. Rezonana magnetic nuclear este o metod care permite obinerea unor imagini de seciune multiplanare, deosebit de precise i clare prin corpul uman. Principiul de formare a imaginii se realizeaz prin punerea n eviden a protonilor mobili din organism. Aceti protoni se afl predominant n ap. Plasarea corpului ntr-un cmp magnetic artificial va determina alinierea cmpului magnetic al protonilor, paralel cu liniile cmpului magnetic extern. Imaginea radiologic este elementul fundamental, purttor de informaii n imagistica medical.

7

Computer tomografia reprezint o metod de imagistic n care, cu ajutorul unui fascicol colimat de raze X, se produce imaginea unei seciuni plane din regiunea de interes. Pricipiul metodei se bazeaz pe: msurarea atenurii unui fascicol de raze X care strbat un corp i calculul coeficientului de absorbie (densitatea); reconstrucia imaginii din imaginile plane. Computer tomografia este deci o investigaie densitometric, bazat pe desitatea anatomic a structurilor strbtute de fascicol. Cele mai avansate tehnici CT sunt HRCT, Spiral CT i multi slice. Tomografia de nalt rezoluie poate executa mai multe scanri ntr-un interval de timp sczut, ceea ce se preteaz pentru investigarea aparatului cardio-vascular sau a pacienilor necooperani. Tomografia spiral permite o scanare continu n timpul deplasrii mesei. Formarea imaginii este un proces care are loc n mai multe etape: Scanarea cu fascicolul de raze X colimat; Reconstrucia imaginii; Conversia imaginii ntr-o imagine vizibil (niveluri de gri). Structurile esuturilor normale sau patologice sunt mai mult sau mai puin contrastante ca numr atomic, densitate masic sau de protoni, impedan pentru a furniza semnale neuniforme, vectoare de informaii diagnostice semnificative.

1.5. Aparatura pentru terapie Aparatura pentru terapie poate fi cu cureni electrici, n cmp electromagnetic i cu ultrasunete: Aparatura pentru electroterapie reprezint aparatele al cror principiu de funcionare se bazeaz pe utilizarea curentului electric i a cmpului electromagnetic n scop terapeutic. Prin aplicarea, n condiii bine determinate, a curentului electric sau a unui cmp electromagnetic diferitelor esuturi se pot obine efectele terapeutice dorite. Aparatura cu raze X se bazeaz pe efectul radiaiilor X asupra celulelor vii, fiind folosit n terapia antitumoral i antiinflamatorie. Problema cu care se confrunt terapia cu raze X este delimitarea ct mai precis a zonei iradiate, n vederea limitrii iradierii pacientului. Aparatura cu ultrasunete se bazeaz pe aciunea terapeutic a ultrasunetelor, care const n efecte mecanice i termice locale. Efectele mecanice constau n stimularea irigaiei sanguine, n creterea oxigenrii esuturilor, n apariia unor reacii neuromusculare. Aparatura laser Stimularea electrica functionala este o procedura utilizata in mod frecvent pentru restabilirea controlului asupra muschilor fara inervatie

8

2. FLUIDE BIOLOGICE. PROPRIETI I PROCESE ASOCIATE. MSURAREA MRIMILOR CARACTERISTICE

Dinamica fluidelor biologice este un domeniu multidisciplinar care trateaz dinamica fluidelor fiziologice, n mod deosebit curgerea sngelui i circulaia aerului n plmni, precum i dinamica fluidelor externe, respectiv interaciunea sistemelor vii cu mediul nconjurtor fluid (notul, zborul).

2.1

Densitatea i greutatea specific

Densitatea a unui fluid (omogen) este masa unitii de volum: = M/V. n general, densitatea depinde de poziia punctului n care se determin r , de presiunea p, de temperatura i de timpul t. Astfel, densitatea unui fluid se poate exprima astfel: = ( r , p, t ) ,

(2.1)

La o temperatur , densitatea se determin cu relaia: = 0 1 + t

(2.2)

unde reprezint densitatea la temperatura = 0 o C , iar este coeficientul de dilatare 0 t termic. Greutatea specific , ca i densitatea , sunt proprieti importante att pentru solide ct i pentru fluide. Relaiile dintre aceste mrimi i unitile de msur sunt: [ Kg/m3]; (2.3) [ N/m3 ]; = g

Densitatea lichidelor depinde uor de presiune i temperatur. Spre exemplu, apa pur are densitatea maxim la 4C, i anume 999,97 Kg/m3. Greutatea specific corespunztoare a apei este 9,81 kN/m3, sau, pentru aplicaii practice: ap = 10kN/m3.9

La 37C i p=pa, densitatea sngelui este =1050 Kg/m3, iar greutatea specific este =10,30 kN/m3. Determinarea densitii lichidelor biologice are multiple aplicaii clinice. Astfel, determinarea densitii urinei permite (mpreun cu alte indicii) diagnosticarea unor afeciuni renale (insuficien renal, uremie, etc). Creterea densitii urinei peste valoarea de 1022 (valorile normale fiind cuprinse ntre 1015 i 1022) este un indiciu serios pentru existena nefropatiei granulare compensate, iar valorile de peste 1030 se pot ntlni n cazurile de glicozurie. Scderea densitii urinei apare n nefropatii cu lezarea predominant a tubilor distali. Determinarea densitii lichidelor biologice se realizeaz n condiii specifice. Astfel, densitatea urinei se determin n urina colectat n 24 de ore, deoarece valorile densitii variaz n timpul zilei n funcie de alimentele ingerate, etc. Densitatea unui gaz depinde puternic de presiune i temperatur.

Os normal. Trabecule dese i groase

Os cu osteoporoz. Trabecule rare, subiate, pe alocuri rupte

Msurarea densitii prin cntrirea unui volum constant se poate face: cu ajutorul picnometrelor; Densimetrele sunt confecionate din sticl i se compun dintr-un plutitor, o camer de testare pentru meninerea verticalitii i, n unele cazuri, un termometru. Principiul pe baza cruia se face msurarea densitii este acela c adncimea de cufundare a unui densimetru variaz invers proporional cu densitatea lichidului. Valoarea densitii msurate cu ajutorul densimetrelor depinde de corectitudinea indicaiilor i de capilaritatea lichidului. Pentru lichide netransparente, citirea indicaiilor se face la partea superioar a meniscului (lapte, produse petroliere), n vreme ce, pentru lichide transparente, citirea se face la partea inferioar a meniscului. Determinarea densitii necesit cntrirea masei i msurarea volumului corpului. Dintre aceste dou operaii, cntrirea se poate face cu o precizie mult mai mare dect evaluarea volumului, operaie dificil i afectat de erori nsemnate. n general, determinarea densitii se poate realiza cu ajutorul unui densimetru. Ce mai simplu aparat utilizat pentru determinarea densitii fluidelor este picnometrul. Picnometrul este n10

principiu, un vas (flacon) de sticl de capacitate cunoscut, prevzut cu un capac care nchide vasul ermetic. Pentru determinarea densitii se cntrete picnometrul gol, apoi cu 1cm3 ap distilat. Se umple apoi cu 1cm3 de lichid i se cntrete din nou. Cunoscnd densitatea apei distilate i volumul lichidului studiat se poate determina densitatea acestuia. 2.2 Temperatura

2.2.1. Temperatura corpului uman n general, Temperatura este o proprietate fizic a unui sistem (biologic) care subliniaz noiunile de rece i cald. Temperatura este o msur a energiei cinetice medii a particulelor materiei. Altfel spus, temperatura este o msur a activitii i frecvenei coliziunilor moleculelor. Temperatura este una din mrimile fundamentale ale sistemului de uniti. Termoreglarea reprezint abilitatea unui organism de a-i pstra temperatura ntre anumite limite, chiar dac temperatura mediului nconjurtor este foarte diferit (homeostazia este starea dinamic de stabilitate ntre mediul intern i cel extern pentru un animal). Msurarea temperaturii corpului uman se poate face n interiorul corpului (temperatura central sau intern) sau la suprafaa corpului (temperatura cutanat a extremitilor). La modificarea temperaturii mediului ambiant i a altor factori externi (umiditate, presiune, viteza de circulaie a aerului, etc), temperatura intern rmne practic constant, dar temperatura cutanat a extremitilor se modific. Temperatura se msoar n diferite locaii: rectal (temperatura local rmne n urm cnd se modific temperatura intern, mai ales cnd modificrile sunt rapide), bucal (temperatura nregistrat este influenat de mncare, butur, poziionarea termometrului, respiraie, incapacitatea persoanei de a nchide gura complet), axilar (reflect temperatura pielii i nu temperatura intern), ureche (reflect temperatura n interiorul corpului: temperatura corpului fiind reglat de hypotalamus, acesta mparte aceeai cantitate de snge ca i membrana timpanului). Temperatura se msoar cu ajutorul termometrelor.

2.2.3. Tipuri de termometre Termometrele clinice sunt realizate n mai multe variante contructive. Cel mai utilizat este termometrul de sticl cu lichid. Variantele mai noi sunt termometrele digitale, electronice, infrarou i dot matrix or phase-change. Pentru realizarea termometrelor i densimetrelor se folosesc reete speciale de sticl care s asigure reproductibilitatea instrumentelor din punct de vedere metrologic pentru o durat ct mai mare de timp i o ct mai slab interaciune chimic cu mediile n care sunt folosite aceste instrumente. n funcie de domeniul de masur, n construcia termometrelor sunt utilizate diferite lichide termometrice. Lichidele termometrice sunt lichide care au un coeficient de dilatare semnificativ mai mare dect al sticlei, permind astfel msurarea temperaturii prin evaluarea dilatarii termice a acestora n interiorul capilarelor. Dintre lichidele termometrice, o atenie deosebit trebuie11

acordat mercurului, datorit toxicitii sale deosebite. Concret, exist riscul spargerii accidentale a unui termometru cu mercur, caz n care lichidul trebuie recuperat imediat i neutralizat fie prin depozitarea sa sub apa, fie prin amalgamarea sa (de exemplu cu cupru). O alt meniune special legat de lichidul termometric este cea privind posibilitatea ntreruperii coloanei de lichid termometric prin ocuri sau vibraii, de cele mai multe ori cauzate de transportul acestor produse. Acesta este un defect remediabil. Este adevrat c apariia acestor ntreruperi dup o folosin ndelungat poate fi un motiv temeinic de nlocuire a instrumentului respectiv; dar pentru produsele noi acest defect este uor remediabil fie prin scuturarea termometrului, fie prin rciri i nclziri repetate n limita domeniului lor de msur. Citirea indicaiilor termometrelor se face cu ajutorul scalelor gradate care nsoesc intim coloana de lichid termometric. Calibrarea atent i precis a termometrelor asigur o coresponden riguroas ntre dilatarea lichidului termometric i indicaia de temperatur. Termometrele cu mercur au ca element sensibil un tub de sticl cu mercur care este adus n contact cu corpul. Prin nclzire mercurul se dilat i urc ntr-un tub capilar. Cnd s-a realizat echilibrul, lichidul se oprete. Gradul de dilatare este calibrat pe o scar de sticl. Lungimea coloanei de Hg din tubul capilar (volumul coloanei de mercur) este dependent de temperatur. Aceasta se compar cu lungimea unei rigle gradate direct n grade Celsius sau Farhenheit. Spaiul de deasupra mercurului este umplut cu nitrogen sau cu vacuum.

Termometru de sticl, cu lichid n prezent, termometrele cu mercur nu mai sunt recomandate. Dezavantajele lor constau n: inerie termic mare, histerezis prununat, nu permit msurarea la distan, gradul ridicat de risc la spargerea tubului de sticl. Termometrele electronice, digitale sunt, n general, din plastic, plate, au forma unui stilou, au o fereastr display pentru afiaj la un capt i elementul sensibil la temperatur la cellalt capt. Uzual, pot fi poziionate n gur, rect sau sub bra. Un termometru digital electronic este rapid, uor de utilizat, uor de citit i precis. Termenul "digital" se refer la modul n care informaia obinut electronic (sensor electronic) este afiat. Aceste termometre sunt utilizate mai mult la domiciliul pacientului dect n clinici. n funcie de scopul concret al utilizrii, termometrele digitale au diferite forme constructive.

12

Termometre digitale Termometrul digital SCALA SC 42TM Pentru mai mult siguran, termometrul digital are vrful flexibil. Msurarea este rapid, n doar 30 de secunde. Vrful de msurare este aurit, pentru a asigura un contact mai bun i protecie mpotriva alergiilor. Suprafaa mare a afiajului permite o citire uoar. Etaneitatea este de 100%. Permite scufundarea complet n ap. Autotestarea se realizeaz automat imediat dup pornire. Sfritul msurrii este marcat de un semnal sonor. Memoreaz ultima valoare msurat. Baterie ncorporat de lung durat (aprox. 3000 utilitzari). Termometrele digitale sunt instrumente de nregistrare a temperaturii, portabile cu un afiaj digital. Uzual sunt prevzute cu baterii ncorporate. Termometrele digitale pot afia temperatura n scara Fahrenheit sau Celsius, sau amndou, ntr-o scar dual. Intervalul de afiare este determinat de temperaturile maxim i minim care pot fi afiate. Diviziunea scrii reprezint cea mai mic diviziune care poate fi afiat sau poate reprezenta rezoluia instrumentului digital. Termometrele digitale medicale pot fi prevzute cu funcii matematice sau statistice, autotestare (self-test), elemente indicatoare de diagnostic, etc. Opiunile interfeei utilizatorului includ panou frontal analog, panouri frontale digitale, interfee computer, interfee seriale sau paralele, software, etc. Tipurile de termometre digitale disponibile utilizeaz termocuple, RTD-uri, sau termistoare. Principiul general de funcionare const n modificarea reziatenei n funcie de temperatur. Termocuplele sunt precise, au o sensibilitate nalt la modificri mici de temperatur i prezint un rspuns rapid. Resistance temperature detectors (RTDs) sunt bobine de srme sau serpentine formate din filme subiri a cror rezisten se modific cu temperatura. Termistoarele constituie senzorii cei mai semsibili la temperatur. Rspunsurile neliniare ale acestora pot fi reduse prin combinarea a dou elemente termistoare individuale. Un calculator sau un alt circuit msoar rezistena, o convertete n temperatur i o afieaz. Termometrele electronice constau ntr-o prob sensor conectat printr-un element flexibil la o cutie de plastic unde se afl partea electronic. Aceste dispozitive au ca surs de energie baterii (on-board sau rencrcabile). Temperatura i mesajele pentru diagnostic sunt afiate pe un display (LCD - liquid crystal display sau LED - Light emitting diodes).

13

Termometru electronic Termometrele de ureche (termometre cu infrarou) utilizeaz un sensor infrarou pentru msurarea temperaturii corpului. Captul termometrului de forma unui mic con este introdus n canalul urechii unde nregistreaz energia termic de la membrana timpanic i esuturile nconjurtoare, o convertete i o afieaz sub form de temperatur. Aceste termometre sunt disponibile att pentru utilizarea n clinici, ct i pentru domiciliul pacientului. Termometrele pentru ureche sunt prevzute cu Site adjustments (moduri de echivalare a temperaturii n raport cu alte locuri: axilar, rectal, etc). Utiliznd opiunea site adjustment, utilizatorul va avea valoarea temperaturii conform setrii fcute, dar nu simultan. Temperatura nregistrat este la nivelul urechii, dar este convertit s reflecte valoarea la nivel axilar, rectal, etc. Dei diferenele de temperatur ntre diferite locuri din corpul uman sunt cunoscute, gradientul de temperatur nu este constant. Altfel spus, diferena de temperatur nu va are ntotdeauna aceeai valoare.

Termometre de ureche Termometrele dot matrix sau phase change sunt de fapt benzi de plastic sau petice adezive care indic temperatura ca rspuns al modificrilor termice n punctele chimice. Aceste puncte sunt colorate. Modificarea culorii lor indic temperatura. Precizia acestor termometre depinde de rezoluia lor. Avantajul acestora const n faptul c prezint o dispunere favorabil i elimin riscul contaminrii ncruciate ntre pacieni. Un astfel de band lipit pe piele poate permite msurarea temperaturii timp de 48 ore. Aceste benzi pot fi fixate n cavitatea oral, n zona axilei sau n rect. Nu pot fi fixate n ureche. Aceste termometre necesit 2 minute pentru a nregistra cu precizie temperatura. O importan deosebit o prezint realizarea corespunztoare a contactului cu esutul.

14

2.2.4. Medical DITI. Termografia nc din timpul lui Hipocrate, diferenele de temperatur din corp au fost asociate cu boala i trauma, iar inginerii au recunoscut c imaginile n infrarou pot avea o semnificaie anume n detectarea mbolnvirii. Se tie c procesele metabolice din organismele vii genereaz cldur. Astfel, o boal, disfuncia sau chiar stresul pot modifica metabolismul producnd diferene de temperatur n interiorul esuturilor. La generarea unor imagini termice se pot detecta aceste diferene de temperatur la o scar spaial destul de fin pentru a scoate n eviden detaliile structurale. Medical DITI (Digital Infrared Thermal Imaging) reprezint o tehnic de diagnostic neinvaziv, care permite vizualizarea i cuantificarea modificrilor de temperatur la suprafaa pielii. Un dispozitiv de scanare infrarou convertete radiaia emis de suprafaa pielii n impulsuri electrice care sunt vizualizate n culori pe un monitor. Aceast imagine (termograma) reprezint o hart (mapping) a temperaturilor corpului uman. Spectrul culorilor indic o cretere sau o scdere a cantitii de radiaii infraroii emise de suprafaa corpului. Deoarece pentru un corp normal exist un grad nalt de simetrie termal, asimetriile foarte fine de temperaturi sunt uor de identificat. Medical DITI's prezint o sensibilitate deosebit n patologia sistemelor vascular, muscular, nervos, osos. Dintre utilizrile DITI pot fi enumerate urmtoarele: Definirea unei leziuni care a condus deja la stabilirea unui diagnostic; Localizarea unei zone anormale neidentificat pn n momentul investigaiei, n vederea efecturii unor teste pentru stabilirea diagnosticului; Depistarea unor leziuni incipiente, nainte de a fi clinic evidente; Monitorizarea procesului de vindecare. Spre deosebire de alte tehnici de diagnostic (X ray, CT, Ultrasound, M.R.I. etc. teste de anatomie, E.M.G. test de fiziologie motoare), Medical DITI arat modificrile fiziologice i procesele metabolice.

Imagini obinute prin termografie

Termografele prezint o imagine funcional, nu o imagine pur anatomic. n aceste imagini, culorile sunt artificiale, spre exemplu, roul corespunde unor esuturi inflamate. Unii specialiti susin c fotografierea termic msoar doar temperatura de la suprafaa pielii. Dac acest lucru ar fi pe deplin adevrat, aceast tehnic ar avea foarte puine aplicaii medicale. ntr15

adevr, termograful nregistreaz temperatura pielii, dar aceasta denot activitatea intern. Schimbarea temperaturii pielii este rezultatul unei schimbri interne. De exemplu, vasele sanguine ale unui pacient ntr-o camer rece se vor constrnge. Dac fenomenul nu va fi acelai, este un semn c exist o anomalie a nervilor ce controleaz acest proces. De asemenea, tumorile maligne au o temperatur mai ridicat dect esutul din jur. Avnd n vedere avantajele acestei metode de investigare se poate afirma c, n viitor, punerea primului diagnostic pe baza imaginilor termice poate deveni o rutin. Termografia este deci unanim acceptat ca un instrument de diagnosticare.

2.3. Compresibilitatea Compresibilitatea izoterm este proprietatea fluidelor de a-i modifica volumul sub aciunea variaiei de presiune, la o temperatur constant. Pentru o mas dat de fluid, o cretere p a presiunii determin reducerea volumului. Prin analogie cu legea lui Hooke (E = / ) pentru materialele solide, elasticitatea volumetric (sau modulul de elasticitate) pentru un fluid poate fi definit cu relaia:EV = p V V

(2.16)

unde p este variaia presiunii, necesar pentru a crea o variaie V a volumului V. Deoarece masa M = V, rmne constant: dM = dV + V d = 0 Deci: V = V

(2.17)

(2.18)

EV =

p p = V V

(2.19)

Unitatea de msur a modulului de elasticitate este: [EV] = [N/m2], [M Pa], [bar]. Evaluarea cantitativ a compresibilitii izoterme a unui fluid se realizeaz prin intermediul coeficientului (modulului) de compresibilitate . Relaia dintre elasticitatea volumetric i coeficientul de compresibilitate al fluidului este:1 = . Ev

16

Apa, sngele, urina i toate celelalte lichide sunt relativ incompresibile. Spre exemplu, dac p = pa, T = 20C i p = 20bar, rezultV = 01% . , V

n majoritatea aplicaiilor, compresibilitatea lichidelor poate fi neglijat. Totui, atunci cnd apar variaii brute de presiune, compresibilitatea nu mai poate fi neglijat. Fenomenele legate de propagarea undelor de presiune, de exemplu propagarea sunetului, pot fi explicate prin considerarea proprietii de compresibilitate. Viteza de propagare a sunetului (celeritatea) ntr-un fluid are o valoare finit, depinde de modificrile de presiune i de densitate i se determin cu formula lui Newton:c= d p d

(2.20)

Dac se consider definiia modulului de elasticitate, rezult:c= Ev 1 = = dp d

(2.21)

La temperatura de 20C viteza de propagare a sunetului n diferite fluide este: ap, snge: EV = 2 109 N/m2, aer: EV = 1,3 105 N/m2, = 103 Kg/m3: = 1,2 Kg/m3: c = 1.420 m/s; c = 330 m/s.

Se observ c viteza de propagare a sunetului n ap i n esut celular este mult mai mare dect n aer. Din definiia celeritii rezult: = p c2

(2.22)

Aceasta nseamn c un fluid poate fi considerat incompresibil dac: c , ceea ce corespunde sistemelor de dimensiuni foarte mici, astfel c timpul de transplantare pentru o und de presiune p n sistem devine foarte mic, n afar de cazul cnd, n realitate, c are o valoare finit; p 0, variaii foarte mici de presiune conduc la o presiune practic constant n timpul propagrii unei unde de presiune. 2.4. Difuzia masic Difuzia masic este fenomenul de transport de mas care are loc ntr-un medu fluid n repaus, dac ntre diverse puncte ale mediului exist densiti diferite. Dac ntr-un mediu fluid n repaus F1 se introduce un alt fluid F2, atunci se constat c particule din fluidul F2 se deplaseaz din punctele n care concentraia este mai mare spre punctele unde concentraia este mai mic (fluidul F2 difuzeaz n amestec).

17

Membrana celular contribuie la delimitarea celulei i la compartimentarea interiorului acesteia, precum i la reglarea transportului transmembranar, acionnd ca o barier semipermeabil. Difuzia reprezint cea mai important cale de transport pasiv (transportul se realizeaz n sensul gradientului de concentraie) sau activ (transportul se realizeaz n sens contrar gradientului de concentraie). Viteza de difuzie depinde de valoarea gradientului de concentraie:v = f ( C )

(2.23)

n timpul procesului de difuzie, cantitatea de substan transportat pe o direcie perpendicular pe membran se poate determina cu legea lui Fick:m =D dC dx

(2.24)

unde m este masa fluxului de substan, D este coeficientul de difuzie, iar dC/dx este gradientul de concentraie pe direcia considerat. Pentru substane diferite, membranele biologice au permeabiliti diferite. Astfel, celulele vii se caracterizeaz printr-o concentraie intern a ionilor de K+ mult mai mare dect concentraia acestora n exteriorul celulei, iar concentraia ionilor de Na+ este mai mare la exteriorul celulei, dect n interiorul acesteia. Acest lucru se datoreaz permeabilitii mai mari a membranei pentru ionul de K+, dect pentru ionul de Na+. Eliminarea cataboliilor din organism se realizeaz i prin urin. Astfel, rinichiul constituie un filtru tip membran care, n urma unui proces de difuzie, realizeaz, natural, filtrarea. La rndul su, rinichiul artificial (dializorul) contribuie la eliminarea toxinelor uremice (uree, creatinin, acid uric, sulfai, fosfai, etc), care se realizeaz mai ales datorit difuziei prin membrana dializorului.

3. PRESIUNEA SNGELUI. APARATE PENTRU MSURAREA PRESIUNII SNGELUI

3.1.

Presiunile fiziologice

Presiunea sngelui este o mrime fiziologic important a sistemului cardiovascular al unui pacient. Succesiunea ritmic a contraciei i relaxrii muchilor inimii dezvolt o curgere oscilant a sngelui prin corpul uman. Presiunea sngelui este msurat att n momentul contraciei inimii (sistola), ct i n momentul relaxrii (diastola). Msurarea presiunii sngelui este deosebit de important pentru monitorizarea pacienilor n timpul anesteziei i terapiei intensive, precum i n cazul disfunciilor sistemului cardiovascular. n general, presiunea sngelui este presiunea exercitat de ctre snge asupra pereilor vaselor de snge. Astfel, se pot determina presiunile arterial, venoas, intrapulmonar, intraocular, etc. Dintre presiunile menionate, cel mai des msurat este presiunea arterial, respectiv presiunea n

18

arterele mari (artera brahial n bra). Presiunea sngelui n celelalte vase de snge este mai mic dect presiunea arterial. Mrimile caracteristice presiunii arteriale sunt PA sistolic este valoarea maxim a presiunii n cadrul unui ciclu cardiac, corespunznd sistolei ventriculare, depinznd de fora de contracie i volumul corespunztor btii vetriculului stng. Valoarea normal este n intervalul 100-140 mm Hg. PA diastolic este valoarea minim n cadrul unui ciclu cardiac, corespunznd sfritului diastolei ventriculare, depinznd de rezistena periferic opus de sistemul arterial. Valoarea normal este n intervalul 60-90 mm Hg. PA medie (efectiv) nlocuiete valorile instantanee (sistolic i diastolic) cu o valoare unic, la care s-ar realiza acelai debit circulator n condiiile n care curgerea ar fi continu i PA PAd nu pulsatil. Presiunea medie poate fi aproximat cu relaia: PAm = PAd + s 3 PA diferenial (presiunea pulsului) este dat de diferena dintre PA sistolic i PA diastolic. Hipertensiunea arterial (HTA) este definit de creterea persistent a valorilor presionale, peste 160 mm Hg pentru PA sistolic i 95 mm Hg pentru PA diastolic, indiferent de vrst. Valorile persistente ntre 140-160 mm Hg PA sistolic i 90-95 mm Hg PA diastolic caracterizeaz "hipertensiunea de grani".

3.4. Metode de msurare a presiunii sngelui Msurarea presiunii sngelui se poate realiza prin metode directe sau indirecte. Metodele directe sunt mai exacte dect cele indirecte, dar sunt invazive, leznd vasele de snge. Metodele directe presupun introducerea unui cateter n interiorul vasului de snge i conectarea acestuia cu un traductor electronic de presiune. Tehnicile directe sunt utilizate de obicei n anestezie sau terapie intensiv, fiind asociate cu diferite complicaii precum tromboz, infecii, sngerri. Metodele indirecte se bazeaz pe comprimarea din exterior a vaselor de snge. Dei aceste metode sunt mai puin exacte, totui ele predomin n controlul de rutin al presiunii sngelui. Metodele de msurare a presiunii sngelui pot fi grupate astfel: Metode directe (invazive) realizate prin introducerea unui cateter n arter i conectarea lui la un sistem de msurare i n registrare a presiunii. Metode indirecte (neinvazive), bazate pe principiul comprimrii unei artere mari cu ajutorul unei manete pneumatice n care se realizeaz o presiune msurabil. Valorile presiunii intraarteriale se apreciaz prin diverse metode, comparativ cu presiunea cunoscut din manet. Metoda palpatorie (Riva Rocci) msoar numai presiunea sistolic, prin perceperea primei pulsaii a arterei radiale la decomprimarea progresiv a manetei aplicate n jurul

19

antebraului. Apariia primei pulsaii este perceput prin palparea arterei n aval de maet. Metoda palpatorie folosete un sfigmomanometru. Metoda ascultatorie (Korotkoff) msoar presiunile prin perceperea cu stetoscopul plasat n plica cotului a zgomotelor care apar la decomprimarea lent a manetei, datorit circulaiei turbulente. Metoda palpatorie folosete un sfigmomanometru i un stetoscop.

a)

b) Figure 1.Msurarea presiunii arteriale prin metoda palpatorie (a) i ascultatorie (b)

Metoda oscilometric apreciaz PA prin nregistrarea vibraiilor pereilor unei artere comprimate de un manon pneumatic, la trecerea sngelui. Se utilizeaz oscilometrul Pachon. Oscilometrul este un dispozitiv care permite msurarea presiunilor sistolic i diastolic fr stetoscop.

3.5. Aparate pentru msurarea indirect a presiunii sngelui Aparatele utilizate pentru msurarea indirect a presiunii arteriale sunt cunoscute sub denumirea de sfigmomanometre. Un sfigmomanometru este format dintr-o manet de presiune, o pomp de mn din cauciuc, prevzut cu o supap de reglare, un manometru mecanic (cu mercur sau aneroid) i conducte flexibile de legtur. Un astfel de sfigmomanometru, combinat cu un stetoscop, msoar presiunea arterial prin metoda ascultatorie. Aceast metod este simpl i frecvent utilizat n clinici, dar nu este

20

precis, are o inerie mare, nu indic presiunile sistolic i diastolic n decursul aceluiai ciclu cardiac i nu permite indicarea continu a presiunii. Tehnica de msurare este urmtoarea: persoana trebuie s nu stea n picioare, braul trebuie flectat i poziionat pe o mas, la nivelul inimii. se aplic maneta aparatului (limea manetei trebuie s fie de cel puin 12 cm) n jurul antebraului, astfel nct marginea ei inferioar s fie situat la aproximativ 2-3 cm deasupra plicii cotului, direct pe piele i nu peste lenjerie; dimensiunile maetei trebuie s fie adecvate dimensiunilor mainii pacientului; se repereaz prin palpare artera humeral n plica cotului i se aplic stetoscopul n apropierea tensiometrului, i nu sub acesta; se ridic presiunea din maneta fixat pe antebra, prin pompare cu pompa de cauciuc, cu 3040 mmHg (valoare superioar presiunii sistolice din artera brahial) peste cea la care dispare pulsul radial; se decomprim progresiv maneta aparatului, prin deschiderea supapei de evacuare i se ascult cu un stetoscop. Momentul n care se aude n stetoscop primul zgomot marcheaz presiunea sistolic, iar momentul n care zgomotele nu se mai aud marcheaz presiunea diastolic. Pentru valorile presiunii din manet superioare presiunii sistolice, artera brahial este obturat i nu se aud zgomote. Cnd presiunea din manet scade puin sub presiunea sistolic, sngele nete prin segmentul de arter comprimat, peretele arterei ncepe s vibreze datorit curgerii turbulente a sngelui, iar la stetoscop se aude un zgomot discret. Valoarea presiunii corespunztoare acestui zgomot este presiunea sistolic. La scderea n continuare a presiunii din manet, zgomotele cresc n intensitate, apoi se transform n sufluri din ce n ce mai puternice. La un moment dat, zgomotele devin surde, apoi dispar. Valoarea presiunii corespunztoare dispariei zgomotelor este presiunea diastolic. Zgomotele (sunetele) nregistrate cu ajutorul stetoscopului sunt numite zgomote Korotkoff. Msurarea PA se face att n clino- ct i n ortostatism, la ambele brae, repetat de 2-3 ori, pentru nlturarea erorilor date de reactivitatea vasomotorie datorat anxietii. Aparatele pentru msurarea indirect a presiunii sngelui au diferite variante constructive, de la cele mecanice, clasice, la cele electronice sau pentru monitorizarea presiunii arteriale. Sfigmomanometrul cu mercur const dintr-un manometru cu mercur, o manet de presiune, o pomp de mn, din cauciuc, cu o supap de reglare a presiunii i un stetoscop pentru ascultarea zgomotelor Korotkoff. Sfigmomanometrul aneroid este asemntor sfigmomanometrului cu mercur, cu deosebirea c manometrul este aneroid i nu cu mercur. Manometrul aneroid poate fi momtat pe mas sau ataat pompei de cauciuc. Prezint avantajul unei calibrri uoare, dar se uzeaz repede i este sensibil la ocurile mecanice. Din acest motiv, necesit calibrri dese.

21

Aparatele pentru msurarea presiunii arteriale pot fi semiautomate sau automate, dup cum pompa de mn este nlocuit cu una automat, electric, manometrul este nlocuit cu un traductor de presiune, stetoscopul este nlocuit cu un microfon, etc. Msurarea presiunii poate fi realizat printr-o comand manual sau automat, la intervale de timp prestabilite. De asemenea, valorile nregistrate pot fi memorate i prelucrate ulterior.

Figure 2.

Tensiometru cu mercur M5 fabricatie Kawe Germania

Figure 3.

Sfigmomanometru mecanic cu manometru aneroid i stetoscop

Figure 4.

Tensiometru mecanic Fazzini

22

Dispozitivele semiautomate includ un monitor electronic cu un senzor de presiune, un afiaj digital, o manet de presiune i o pomp de mn, din cauciuc. Presiunea este crescut manual cu ajutorul pompei de cauciuc. Dispozitivul decomprim automat maneta i afieaz valorile presiunilor sistolic i diastolic. De asemenea, poate fi afiat i pulsul. Aceste dispozitive sunt alimentate cu baterii i utilizeaz tehnica oscilometric. Sunt compacte, portabile, avnd greutate mic. Sunt utilizate n special la domiciliul pacientului, dar nu sunt recomandate celor care au aritmii. Sunt mai dificil de calibrat i necesit atenie la decontaminare pentru manet.

Figure 5.

Monitor de presiune semiautomat digital

Dispozitivele automate includ un monitor electronic cu un senzor de presiune, un afiaj digital, o manet de presiune. Presiunea din manet este crecut cu o pomp electric. Aceste dispozitive pot avea un sistem de ridicare a presiunii setat de pacient sau automat (presiunea este ridicat cu 30 mmHg peste presiunea sisteolic estimat). n timpul funcionrii, dispozitivul crete i scade automat presiunea din maet i afieaz valorile sistolic i diastolic, precum i pulsul. De asemenea, pot avea faciliti de memorare a ultimei msurri sau pn la ultimele 10 citiri. Aceste dispozitive sunt alimentate cu baterii i utilizeaz tehnica oscilometric.

Figure 6.

Monitorizarea automat a presiunii

Dispozitivele pentru ncheietura minii includ un monitor electronic cu un senzor de presiune, o pomp electric, o manet de presiune pentru mn. Dispozitivul nsui poate fi poziionat pe mn. Funcionarea este asemntoare cu cea a dispozitivelor automate. Utilizeaz tehnica oscilometric. De preferat, aparatul este poziionat pe mna stng.

23

Figure 7.

Poziionarea dispozitivului de msurare a presiunii

Dispozitivele pentru deget includ monitorul electronic i maneta pentru deget, sau pot fi fixate pe deget. Utilizeaz una din metodele oscilometric, pulse-wave sau pletismografic. Monitoarele automate neinvazive pentru presiunea sngelui sunt variante mai sofisticate ale dispozitivelor automate care permit suplimentar nregistrarea presiunii pacientului n intervale de timp stabilite, n mod automat, periodic. Pot avea i opiunea de nregistrare a temperaturii, precum i semnalizare sonor (alarm pentru asistente) cnd au fost depite anumite limite. Aceste dispozitive sunt alimentate cu baterii i utilizeaz tehnica oscilometric. Sunt destinate utilizrii n clinici, pentru monitorizarea pacienilor. Monitoarele pentru msurarea ambulatorie a presiunii sngelui includ maneta pentru bra i monitorul electronic cu senzorul de presiune, precum i o pomp electric ataat la centura pacientului. Dispozitivul este programat s nregistreze presiunea sngelui pacientului timp de peste 24 ore, n condiii de activitate normal i s memoreze datele pentru prelucrri ulterioare. Aceste dispozitive sunt alimentate cu baterii i utilizeaz tehnica oscilometric i ascultatorie.

3.6. Msurarea presiunii sngelui cu sfigmomanometrul i stetoscopul Metoda ascultatorie este neinvaziv fiind cea mai rspndit pentru msurarea presiunii sngelui. Subiectul st pe scaun i i ine braul pe mas, astfel nct artera brahial s fie la nivelul inimii. Acest lucru este important pentru msurarea presiunii sngelui deoarece presiunea este proporional cu nlimea (p = gh). Spre exemplu, dac se msoar presiunea sngelui la nivelul capului, citirile pentru presiunile sistolic/diastolic sunt mai mici cu aproximativ 35mmHg comparativ cu citirile la nivelul inimii (la nivelul solului, presiunile sunt cu aproximativ 100mmHg mai mari).24

Maneta sfigmomanometrului este fixat pe antebraul pacientului, sub cot, deasupra arterei brahiale. Presiunea din manet este ridicat pn la o valoare de 180 mmHg, comprimnd artera brahial i conducnd la colapsul acesteia. Presiunea sistolic (valoarea maxim a presiunii exercitate de snge asupra peretelui arterei brahiale n timpul btilor inimii) este depit, deci nu mai exist debit de snge prin artera brahial i nu se aud zgomote. Supapa de presiune se deschide uor i permite presiunii manetei sfigmomanometrului s scad. n momentul n care este atins presiunea sistolic (120mmHg pentru valori normale) artera brahial se deschide, iar sngele nete prin segmentul de arter comprimat. Datorit curgerii turbulente apar vibraii iar stetoscopul nregistreaz un zgomot discret (zgomotele Korotkoff). Aceste zgomote sunt auzite n stetoscop n timp ce presiunea exercitat asupra arterei brahiale scade. Debitul de snge prin artera brahial crete regulat, n timp ce presiunea n maneta sfigmomanometrului scade sub presiunea diastolic (presiunea minim, ntre btile succesive ale inimii aproximativ 80mmHg pentru valori normale). La scderea presiunii n manet, zgomotele cresc n intensitate, se transform n sufluri, apoi, n jurul valorii presiunii diastolice zgomotele devin surde i dispar. La atingerea presiunii diastolice debitul de snge prin arter devine laminar.

Figure 8.

Msurarea presiunii cu sfigmomanometrul i stetoscopul

Sunetele Korotkoff sunt unde acustice auzite prin stetoscop cnd presiunea din manet scade. Aceste sunete sunt auzite prima dat cnd presiunea din manet este egal cu presiunea sistolic i nceteaz s fie auzite cnd presiunea din manet scade sub presiunea diastolic (presiunea manetei esteredus de la o presiune superioar celei sistolice pn la o presiune inferioar presiunii diastolice). Originea sunetelor Korotkoff nu este pe deplin lmurit, dei au fost propuse diferite mecanisme pentru producerea sunetelor cum sunt turbulena, vibraiile arterei sau relaxarea oscilaiilor, efectul de izbire al pereilor arterei de ctre fluxul sangvin i ncordarea brusc a peretelui arterial. Chiar n lipsa unei baze teoretice, metoda sunetelor Korotkoff a fost general acceptat i tehnicile respective au fost standardizate. Aceast tehnic a fost propus prima dat de Korotkoff n 1905 i a fost general acceptat dup ce autenticitatea sa a fost confirmat de multe studii comparative cu masurri directe ale presiunii i cu alte tehnici indirecte folosite nainte de a fi propus metoda Kortotkoff.25

Figura de mai jos prezint date tipice pentru intensitile relative ale sunetelor i ale frecvenelor fundamentale pe subieci normali din punct de vedere al presiunii atunci cnd presiunea manetei a fost diminuat conform tehnicii auditive convenionale. Aa cum se vede n figur, componentele principale ale sunetelor Korotkoff sunt la frecvene joase, cu un peak n jur de 45 Hz, dar sunt prezente i componente ale armonicilor superioare iar majoritatea lor se afl ntr-un domeniu de la aproximativ 20 Hz pn la 300 Hz. Exist 5 faze ale sunetelor Korotkoff. Fiecare faz este caracterizat de volumul i calitatea sunetului auzit. n figura de mai jos sunt prezentate cele 5 faze, presiunile sistolic / diastolic fiind considerate 120mmHg / 80mmHg.

I-Sunete clare scurte; II-Sunete murmurate; III-Sunete de lovituri slabe; IV-Sunete nbuite; V-Liniste Figure 9. Cele 5 faze ale sunetelor Korotkoff

Faza 1: Cnd presiunea din manet este ridicat, peste presiunea sistolic, artera este complet obturat, iar sngele nu circul prin ea. Deci, nu sunt auzite nici sunete cnd presiunea depete presiunea sistolic. n momentul n care presiunea din manet atinge valoarea presiunii sistolice se aude un zgomot intens ascuit (sharp tapping sound). Cnd are valoarea sistolic, presiunea este suficient de mare pentru a fora pereii arterei s se deschid permind sngelui s neasc. Cnd presiunea scade la valoarea diastolic, pereii arterelor se nchid din nou. Faza 2: Aceast faz este caracterizat de un zgomot fonitor, determinat de curgerea turbulent a sngelui, debitul de snge din arter fiind n cretere. Uneori, dac maneta este decomprimat prea uor, zgomotele dispar temporar. Aceasta se ntmpl cnd vasele de snge dedesubtul manetei devin obstrucionate (congested), fiind un semn de hipertensiune. Congestia dispare, iar zgomotele reapar. Faza 3: n aceast faz exist o rencepere a zgomotelor ascuite, tari, similare cu cele din faza 1. n acest moment, un debit mrit de snge acioneaz asupra pereilor arterei. Faza 4: n acest moment se produce o atenuare brusc a zgomotului, iar debitul de snge devine mai puin turbulent. Acest punct corespunde presiunii diastolice. Faza 5: n acest moment zgomotele dispar, debitul de snge revine la normal devenind laminar, maneta de presiune este decomprimat complet i este ndeprtat.

26

In situatiile de masurari reale, peste semnal se suprapun zgomote; din acest motiv, de obicei ar trebui folosit un filtru trece banda ingust. Atunci cand presiunea mansetei este micsorata cu o viteza normala, modificarile amplitudinilor sunt diferite pentru frecvente de banda diferite si de asemanea sunt diferite pentru sistola si diastola. O crestere maxima a amplitudinii la tranzitia sistolica apare intr-o banda de frecventa intre 18 si 26 Hz, si o descrestere maxima a amplitudinii la tranzitia diastolica apare in banda de frecventa intre 40 si 60 Hz. Efectul zgomotului este o problema serioasa in sistemele de detectie automata bazate pe sunetele Korotkoff. In timp ce zgomotul mediului ambiant poate fi redus prin folosirea unui filtru trece banda adecvat sau prin acoperirea microfonului cu manseta, miscarea artifact (zgomotul datorat miscarilor corpului) este mult mai greu de evitat deoarece frecventele sale se gasesc in aceeasi banda de frecventa cu majoritatea componentelor sunetelor Korotkoff. Miscarea artifact, indusa de miscarile intregului corp, ale bratului, ale mainii sau chiar ale unui deget, nu poate fi eliminata complet. Pentru a reduce miscarea artifact este recomandabila legarea cu leucoplast a microfonului de brat. S-a constatat ca procedand in acest fel, presiunile sistolice si diastolice pot fi masurate chiar atunci cand subiectul face jogging intr-o moara in functiune.

3.7. Stetoscopul Stetoscopul este un dispozitiv medical acustic utilizat n metodele ascultatorii, pentru a nregistra (asculta) sunetele interne n corpul uman. Metodele ascultatorii sunt utilizate pentru examinarea sistemului cardiovascular (sunetele inimii, curgerea sngelui prin artere i vene), sistemului respirator (respiraia, sunetele plmnilor), precum i sistemului gastrointestinal (sunetele intestinelor). Stetoscopul acustic este cel mai cunoscut, opereaz pe baza trensmisiei sunetului de la capsul, prin tuburi umplute cu aer pn la urechea celui care ascult. n general, un stetoscop este format din: clopot, diafragm, unul sau dou tuburi, piesele pentru ureche. Capsula const de obicei din dou fee care pot fi plasate spre pacient pentru nregistrarea sunetelor: o diafragm (disc de plastic) sau clopot (cup scobit). Dac diafragma este poziionat pe pacient, sunetele corpului vibreaz diafragma, crend unde de presiune acustic care parcurg tubul spre urechea celui care ascult. Dac clopoelul este plasat pe pacient, vibraiile pielii produc direct unde de presiune acustic care se deplaseaz spre urechea celui care ascult. Clopotul transmite sunete de frecven joas, pe cnd diafragma transmite sunete de frecven mai mare. Dezavantajul stetoscopului acustic const n dificultatea stabilirii diagnosticului datorit nivelului foarte sczut al sunetului.

Figure 10.

Stetoscop acustic

27

Stetoscopul electronic rezolv nivelul sczut al sunetului prin amplificarea sunetelor corpului uman. Clopotul tradiional i diafragma sunt incorporate ntr-o capsul dual care permite ascultarea att a sunetelor de joas frecven, ct i a celor de nalt frecven.

Figure 11.

Stetoscop electronic

Stetoscopul electronic MLT206 este utilizat pentru nregistrarea sunetelor inimii i plmnilor. Aparatul detecteaz sunetele utiliznd un sensor care amplific semnalul, obinnd astfel o reproducere a sunetului mai bun dect n cazul stetoscopului tradiional. Stetoscopul electronic MLT206 poate fi utilizat cu orice sistem de achiziii de date PowerLab pentru a afia i nregistra n timp real fonocardiograma. Se recomand aplicarea stetoscopului direct pe piele. Dac stetoscopul este aplicat peste mbrcminte, semnalul este satisfctor, dar mai slab ca n cazul aplicrii direct pe piele. Pornirea aparatului se realizeaz prin apsarea unui buton on/off. n dotarea aparatului exist un timer care oprete automat aparatul dup 3 minute, pentru conservarea bateriilor. Stetoscopul este prevzut cu trei domenii de frecvene: nalte pentru msurri pulmonare; medii pentru domeniul larg de msurri; joase pentru msurri cardiologice.

3.8. Msurarea direct a presiunii sngelui Msurarea exact a presiunii este foarte important nu numai pentru stabilirea mai multor diagnostice, pentru grija fa de pacient i pentru procedurile corespunztoare, dar de asemenea este foarte important pentru controlul i interpretarea mai multor tipuri de experimente de cercetare fiziologic, cum ar fi sistemele duplicatoare de puls. Metodele directe necesit introducerea unui element de nregistrare a presiunii n interiorul fluidului (traductor tip cateter) sau conectarea la locul de msurare din sistemul cardiovascular al pacientului prin intermediul unui cateter umplut cu fluid. Metodele directe sunt mai precise dect cele indirecte, dar necesit strpungerea vaselor sanguine. Traductorul de presiune este montat ntr-un circuit extracorporal prin intermediul unui cateter sau ac hipodermic. Exist, de

28

asemenea, i traductoare de dimensiuni foarte mici (sub 2 mm grosime) care, fixate n vrful unui cateter, pot fi introduse n artere sau vene, direct la locul de msurare a presiunii. Dac traductorul de presiune rmne n exteriorul corpului, atunci, printr-o ramificaie a cateterului, se introduce o coloan de ser fiziologic pentru a prentmpina coagularea sngelui pe poriunea cateterului rmas n exterior. Un alt mod de evitare a coagulrii sngelui pe cateter l constituie perfuzarea periodic a cateterului cu un agent anticoagulant (heparin).

3.8.1. Cateterul Cea mai obinuit tehnic de msurare direct a presiunii utilizeaz un cateter conectat la un traductor de presiune extravascular, prin intermediul unui cateter umplut cu fluid. Aceast tehnic este pe larg aplicat n practica clinic, att n cateterizarea diagnosticului (cateterul este conectat de la o arter periferic spre o arter central), ct i n monitorizarea ngrijirii critice i operative (cateterul este fixat pentru o perioad de timp mai mare ntr-o arter periferic). Cateterul este un tub de cauciuc, teflon sau polietilen, cu diametrul suficient de mic, ntre 1 10 mm, cu capul rotunjit pentru a permite alunecarea prin artere i vene, umplut cu lichid (soluie heparin-salin). Cateterul poate fi folosit att pentru stabilirea unui diagnostic, ct i pentru terapie, inclusiv angiografie (radiografie a vaselor sangvine pentru studiul vaselor de snge arterial prin injectare de substan de contrast printr-un cateter; debitul de snge este vizualizat prin fluoroscopie, pe baz de raze X) i angioplastie (cardiologie intervenional - angioplastia este o metod nechirurgical pentru tratamentul stenozelor arterelor coronare; ideea de baz const n poziionarea unui cateter balon n interiorul seciunii ngustate a unei artere; prin umflarea balonului de la captul cateterului se lrgete seciunea ngustat i se deschide artera. Procedurile bazate pe cateterizare pornesc de la ideea de a minimaliza traumele datorate introducerii cateterului n vasul de snge. Practic, pacientul nu simte micarea cateterului n interiorul vasului de snge. De asemenea, cnd este introdus cateterul n vasul de snge, trebuie luate msuri pentru evitarea coagulrii sngelui. Acest fenomen conduce la un tromboembolism, afectnd n acelai timp i rezultatul msurrii presiunii. La aproximativ un centimetru de vrf se afl un orificiu care permite ptrunderea sngelui n cateter. Punctul de acces al cateterului n sistemul cardiovascular poate fi braul sau piciorul. Prin punctul de acces, sub control radiologic, cateterul este condus spre zona de investigaie. Presiunea sngelui este transmis prin aceast coloan de lichid la traductor. Deplasarea lichidului produce o deformare a diafragmei traductorului care este nregistrat de un sistem electromecanic. Semnalul electric rezultat este apoi amplificat pentru a fi vizualizat, de exemplu, pe un monitor.

Figure 12.

Componentele unui cateter

29

Procedurile bazate pe cateterizare sunt aplicate n laboratoare speciale n spitale, de ctre cardiologi, radiologi, cardiologi intervenioniti i ali specilaiti. Cateterizarea cardiac este o procedur minim invaziv de investigaie a aparatului cardiovascular, prin care un tub lung i subire cateterul este ghidat n cavitile inimii, de obicei printr-un vas de snge de la mn sau picior (o ven periferic, pentru investigarea inimii drepte, sau o arter periferic, pentru investigarea inimii stngi). Cateterul permite verificarea presiunii sngelui din vase i cavitile inimii, evaluarea cantitii de snge, vizualizarea arterelor coronare de la suprafaa inimii, eventual chiar i aorta - efectuarea angiocardiografiei, verificarea nivelului de oxigen din snge - oximetriei sanguine, obinerea curbelor de diluie pentru substane marker. Cateterizarea cardiac reprezint unul din cele mai precise teste pentru diagnosticul bolilor arterelor coronare. In situaii speciale se pot executa, tot prin intermediul cateterului, tratamente nechirurgicale precum angioplastie, stentare , implantare de pacemaker, valvuloplastie sau embolizare. Angioplastia este o procedur utilizat pentru deschiderea arterelor ngustate de ateroscleroz. Pentru depistarea zonei blocate arterele coronare sunt vizualizate prin radiografiere cu ajutorul razelor X (angiografie). Pentru angiografie, un fir conductor este inserat printr-o arter n bra sau n picior, apoi condos prin aort n poziia necesar. n acest moment, un cateter este inserat de-a lungul firului conductor i este injectat substana de contrast n vasele de snge, pentru o bun vizualizare pe imaginea radiografic (alb). Deoarece vasele de snge sunt iluminate, suprafeele ngustate sau identific blocajul. Dispozitivul pentru angioplastia cardiac este un cateter (tub flexibil, subire i lung) care este introdus ntr-un vas de snge al inimii (artera coronar) pentru a deschide o suprafa ngustat sau blocat (percutaneous transluminal coronary angioplasty or PCTA). n angioplastie cateterul balon urmrete firul conductor pn n artera coronar blocat. Balonul este umflat i mpinge plaga spre pereii arterei. Balonul este desumflat, iar cateterul i firul conductor sunt retrase. Vasul de snge ngustat datorit aterosclerozei este deschis prin angioplastie i este meninut deschis prin utilizarea stent-ului. Pentru introducerea stent-ului este introdus mai nti un fir conductor n zona ngustat a arterei. Un cateter balon cu un stent este plasat n artera ngustat. Prin umflarea balonului acesta expandeaz i mpinge plaga spre pereii arterei. Cateterul balon este desumflat, iar stent-ul rmne n zona de interes pentru a menine artera deschis. Cateterul i firul conductor sunt retrase. Dup un anumit interval de timp, plaga poate recidiva, reformndu-se n jurul stent-ului. Pentru a preveni acest lucru se pot folosi stent-uri cu medicament care este absorbit n timp de organism. 3.8.3. Tipuri de traductoare Tipurile manometrelor utilizate sunt: Capacitive Membrana formeaz o fa a unui condensator a crui capacitate face parte dintr-un circuit oscilator. Orice schimbare a presiunii deformeaz membrana, rezultnd o modificare a capacitii, ceea ce duce la o schimbare a frecvenei oscilaiei, msurat cu tehnica modulrii n frecven. Presiunea aplicat membranei mic un miez de fier (ataat membranei) n interiorul unei spirale, inducnd un curent electric direct proporional

Inductive

30

cu presiunea aplicat. Optice Deformarea membranei este nregistrat de abaterea (devierea) unei raze de lumin reflectat dintr-o oglind montat pe ea.

Manometre cu fibre Fibrele individuale ale legturilor fibrelor de cuar acioneaz ca ghid de optice unde pentru frecvenele optice ale luminii incidente sau reflectate. Electrolitice Variaiile presiunii modific distana ntre dou plcue de zinc care modific la rndul lor rezistena din circuitul punii Wheatstone. Tensiunea rezultat este direct proporional cu presiunea aplicat. Solicitrile materialelor piezoelectrice cauzeaz inducia modificrilor suprafeelor polarizate i o diferen de potenial msurabil pe suprafeele opuse ale piezocristalului. timbru metalic: msoar modificrile rezistenei ohmice (punte Wheatstone) care apar ntr-un fir solicitat (deformat); timbru semiconductor: timbrul tensometric este format dintr-un singur cristal de silicon. Sensibilitatea deformaiei (caracteristica timbrului) depinde de rezistivitatea i de orientarea cristalului. Servomanometru Reaciunea, msurat de servomecanism, mpiedic intrarea sngelui ntro micropipet umplut cu soluie salin cuplat cu sistemul vascular. Feedback-ul este realizat prin msurarea rezistenei din micropipet, fr diafragm ntre sistemul vascular i circuitul de msur.

Piezoelectrice

Timbre tensiometrice

Traductorul cu timbre tensiometrice ofer o nalt stabilitate i sensibilitate cnd formeaz cele patru brae ale punii Wheatstone, care la rndul su, presupune un circuit de msur foarte simplu. Combinarea acestor proprieti cu tehnologia semiconductoare face ca principiul timbrelor tensometrice s fie cel mai utilizat n cazul traductoarelor de presiune disponibile. Traductoarele inductive i capacitive necesit un circuit oscilator pentru msurare i sunt foarte fragile cnd sunt miniaturizate. Cateterul de tip electro-optic prezint un mare interes pentru sigurana electric i costul sczut, dar rmn totui nerezolvate unele dificulti de calibrare.

3.10. Msurarea pulsului Tehnicile de diagnostic biomedical neinvazive contribuie la evaluarea pacienilor cu deficiene venoase i arteriale, cu un factor minim de risc. Mai mult, n anumite cazuri, poate prezenta interes pulsul i nu valorile presiunii sngelui n diferite zone din corp. Pulsul este o und de presiune generat la fiecare contracie ventricular, care se propag prin artere cu o vitez de 4-5 m/s, de aproximativ 10 ori mai repede dect viteza sngelui. Msurarea pulsului se poate face n diferite zone: pulsul arterial, pulsul venos, etc. Mrimile caracteristice

31

pulsului (amplitudine, vitez, frecven) depind de frecvena i ritmul cardiac, de debitul sistolic, de elasticitatea pereilor vaselor de snge, de presiunea i viteza sngelui. 1.1. Determinarea pulsului arterial se poate face prin pletismografie. n general, pletismografia msoar variaiile volumului unui segment anatomic (un organ anatomic, esuturi) sau ale ntregului corp datorate modificrii debitului sanguin (n raport cu regimul sistolo- diastolic de curgere a sngelui prin acel segment). Variaiile de volum rezult de obicei din fluctuaiile cantitii de snge sau de aer coninute n segmentul anatomic investigat. Pletismografia poate fi folosit pentru detectarea modificrilor volumului pulsului la nivelul extremitilor membrelor (degete).

Pletismograful este un instrument util pentru aprecierea sistemului circulator, furnizeaz reprezentarea formelor de und ale debitului de snge periferic pulsator, permind evaluarea att a proprietilor sistemului circulator periferic, ct i central. n aceste cazuri, pletismograful este fixat pe un membru al subiectului investigat. De asemenea, pletismograful este utilizat pentru msurarea capacitii plmnilor. Subiectul testat este plasat ntr-o incint unde, dac este investigat capacitatea plmnilor, efectueaz exerciii de respiraie. Diferena de volum ntre plmnul ncrcat i gol ofer informaii pentru diagnostic. Ultrasunetele furnizeaz informaii despre comportamentul hemodinamic direct de la segmentul de ven. Pletismografia ofer informaii care descriu indirect modificrile volumului venos. Datele obinute nu sunt specifice funciei venoase deoarece modificrile volumului membrului sunt determinate de mai muli factori. Totui, modificrile rapide sunt asociate cu modificrile volumului de snge sau cu micrile artefact. n cazul n care micarea este controlat, se pot obine informaii despre volumul de snge. 1.2. Studiul volumului de puls indic gradul de permeabilitate a trunchiului arterial principal din deget. Amplitudinea pulsului este dat de diferena dintre fluxul arterial de intrare i cel venos de ieire din deget, n timpul unui ciclu cardiac. Pulsul prezint modificri spontane de amplitudine n raport cu respiraia, tonusul vasomotor i rezistena periferic. Un puls amplu corespunde unei artere relaxate; un puls mic corespunde unei artere spastice sau obstruate. Volumul pulsului este un indicator al activitii vasomotorii (influenat de durere, excitare, fric, emoie, respiraie adnc, etc.). Dac toi ceilali factori se menin constani, volumul undei pulsatorii depinde de cantitatea de esut nchis de pletismograf. Pentru a se putea compara valorile de la un bolnav la altul, datele obinute trebuie raportate la un volum de deget mediu (se consider arbitrar ca fiind de 4 ml).

1.3.

3.11. Pletismografia Pletismografia se bazeaz pe msurarea variaiei volumului anumitor segmente anatomice (extremiti deget, mn, picior), prin msurarea presiunii sau volumului dintr-o incint etan. Tehnicile pletismografice sunt utilizate pe scar larg datorit abilitii lor de a cuantifica insuficiena venoas cronic. Dup modul n care se realizeaz detectarea variaiei volumului esuturilor, pletismografele pot fi de mai multe feluri: pneumo-pletismografe (pletismografe de

32

volum), pletismografe fotoelectrice, pletismografe de impedan, pletismografe cu mrci tensiometrice. Pletismografele de volum (Air-displacement PlethysmoGraphy APG) msoar de fapt volumul unui segment anatomic ca msur a volumului de aer pe care l deplaseaz n interiorul unei incinte etane. Astfel, volumul corpului uman poate fi msurat dac subiectul st n interiorul incintei i disloc un volum de aer egal cu volumul su. Volumul corpului este calculat indirect prin scderea volumului de aer care rmne n interiorul incintei cnd subiectul se afl n incint din volumul de aer cnd incinta este goal. Volumul de aer din interiorul incintei este msurat prin aplicarea legilor gazelor. Legea lui Boyle stabilete c la o temperatur constant, volumul i presiunea respect relaia: p1 p 2 = v 2 v1 . Rezult deci c un astfel de pletismograf necesit controlul temperaturii mediului ambiant, precum i o temperatur constant n interiorul incintei. Dificultatea msurrii const n fluctuaiile de temperatur, umiditate i presiune generate de ctre subiectul aflat n interiorul incintei. n figura de mai jos este prezentat un pletismograf de volum utilizat pentru testarea funcionrii plmnilor. Aparatul const dintr-o incint cu un echipament pentru spirometrie, o staie de lucru, un PC cu software dedicat i o imprimant. Aparatul msoar variaiile de volum pentru un organ sau pentru ntregul corp, de obicei rezultate din fluctuaiile cantitii de snge. Pletismografele de volum sunt utilizate pentru depistarea disfunciilor sistemului venos, datorate obstruciilor, insuficienelor valvelor primare i secundare. De asemenea, aceste pletismografe sunt utilizate pentru identificarea i urmrirea pacienilor cu probleme de reconstrucii venoase, cu disfuncii periferice, dar i n misiunile spaiale pentru cuantificarea efectelor microgravitii prelungite asupra tonusului vascular. 1.4. Pletismografia cu ocluzie venoas este o variant a pletismografiei de volum, prin care se determin indirect debitul arterial n teritoriul explorat. Se oprete ntoarcerea venoas prin compresia cu o manet pneumatic umflata brusc la o presiune de 40-50 mmHg. Volumul digital crete progresiv prin acumularea sngelui arterial. Pentru calculul fluxului arterial, se masoar partea incipient abrupt a curbei ascendente a volumului degetului. Se msoar creterea de volum pe unitatea de timp i se raporteaz la volumul de esut nchis n pletismograf. Presiunea de compresie venoas optim este aceea din care rezult cea mai mare valoare de debit sanguin. Din acest motiv se recomand s se fac mai multe ncercri, cu diferite valori de compresie , pn la obinerea debitelor celor mai mari.

1.5.

1.6.

33

Figure 13.

Pletismograf de volum

1.7.

Fotopletismografia (Photo-PlethysmoGraphy PPG) se bazeaz pe detectarea variaiei opacitii esuturilor care se modific o dat cu unda de presiune, cu ajutorul unui element fotoelectric, sau altfel spus pe determinarea proprietilor optice ale suprafeei de piele considerate. Traductorul fotopletismografic prezint o surs de lumin monocromatic i o celul fotoelectric. Fascicolul luminos strbate pielea i este absorbit parial de hemoglobina din masa de snge circulant sub-cutanat. Sngele fiind mai opac dect esuturile nconjurtoare atenueaz lumina reflectat n proporie mai mare. Intensitatea luminii reflectate se modific n funcie de densitatea esutului. Msurarea este localizat la nivelul microvascular al stratului cutanat de sub electrod. Fraciunea neabsorbit va ajunge prin transmisie sau reflexie la celula fotoelectric, i funcie de cantitatea de lumin primit celula produce un curent care va fi amplificat i nscris grafic (fotopletismograma). Variaiile sistolo-diastolice de flux sanguin din reeaua cutanat, determin variaii echivalente ale curentului, iar forma graficului va fi similar cu a pulsului arterial. Unda pulsului normal are o pant anacrot abrupt, un vrf ascuit i o und dicrot care este concav la baz. Cu ajutorul fotopletismografiei se pot determina parametri necesari pentru diagnosticarea bolilor vasculare periferice: forma undei de puls, amplitudinea i frecvena undelor componente. Undele de puls sunt atenuate n prezena bolilor arteriale ocluzive. Obstrucia arterial determin deprimarea undei cu o pant lin, un vrf rotunjit i pierderea undei dicrote (partea concav devine convex). Se nregistreaz simultan mai multe curbe de puls periferic i o ECG de referin.

1.8.

1.9.

1.10.

1020 Infra-red Pulse Plethysmograph este un pletismograf fotoelectric care nregistreaz variaiile debitului de snge pulsatil din deget, ureche, frunte, sau alte locuri. Pletismograful este ataat de extremitatea msurat printr-un sistem de cleme sau cu discuri duble adezive pe poriunea plat de piele.

34

Figure 14.

Msurarea presiunii sngelui periferic utiliznd fotopletismografia

Sistemul SRS2004/d este un sistem de achiziii cu 4 canale care permite att nregistrarea, ct i vizualizarea i crearea unei baze de date. Sistemul permite utilizarea mai multor traductoare: respiraie, for, deplasare, pletismografie fotoelectric, puls, temperatur, etc. Pletismografia fotoelectric trebuie realizat la temperatur controlat 28-32C. Rezultatele pletismografiei fotoelectrice sunt utilizate pentru evaluarea hemodinamicii venoase a ntregului membru. Pletismografia de impedan (Impedance PlethysmoGraphy IPG) este o tehnic neinvaziv pentru investigarea debitului sanguin periferic i central, respectiv pentru estimarea debitului de snge i cuantificarea volumelor de fluid din corp, bazat pe msurarea impedanei (variaia conductivitii electrice). Deoarece sngele este un bun conductor de electricitate, orice variaie a volumului de snge din orice parte a corpului este reflectat de impedana electric a sa. Astfel, nregistrarea impedanei electrice a segmentului anatomic ca funcie de timp ofer o estimare indirect a debitului sanguin periferic i central. Modelul care st la baza tehnicii de msurare consider corpul uman compus din elemente electrice constnd n rezistene i capaciti. Pentru modelul considerat se msoar rezistena de baz R0 i variaiile rezistenei oscilatorii R. De asemenea, sunt dispui electrozi EKG. Pletismograful de impedan introduce o frecven ridicat (50 kHz) i un semnal de curent constant, de intensitate joas (0.1 mA RMS) ntre picior i mn. Rezistena variaz normal la lungimea curentului, iar seciunea transversal produce variaii ale volumului. Rezistenele pulsatile R sunt utilizate pentru obinerea debitului de snge (ml/100 ml de organ/min) corespunztor fiecrui segment anatomic.

35

3

4

2

1

Figure 15.

Corpul uman este modelat ca un sistem compus din elemente electrice

Pentru msurarea variaiilor de volum poate fi utilizat un Tetrapolar High Resolution Impedance Monitor (THRIM) four-channel digital impedance plethysmograph (UFI, Inc). Variaiile de volum sunt msurate pentru patru segmente anatomice: torace, lombar, pelvis i picior. Sunt fixai electrozi EKG Ag/AgCl pe piciorul stng i mna stng, avnd rolul de injectoare de curent. De asemenea, sunt fixai electrozi (perechi) reprezentnd segmentele anatomice: glezn-gamb inferioar, sub genunchi (picior-1), genunchi-creasta iliac (pelvis2), creasta iliac -midline xyphoid process (segment lombar), and midline xyphoid process -supraclavicular (torace-4). Pletismografia de impedan introduce o frecven ridicat i un curent redus ntre electrozii piciorului i minii, ceea ce este insesizabil pentru subiecii investigai. Valorile rezistenei electrice sunt msurate utiliznd perechile de electrozi. Pletismografia de impedan permite nregistrarea variaiilor de volum n segmenele anatomice investigate. Figura de mai jos prezint variaia impedanei i variaia corespunztoare a volumului, precum i debitul de snge.Pletismografia cu traductor tensiometric (Strain gauge PlethysmoGraphy SPG) folosete un traductor tensiometric care exprim deformaia n funcie de variaia rezistenei electrice. Pentru

36

studiile clinice de pletismografie, traductorul este un tub elastic umplut cu mercur sau un conductor din aliaj metalic indium-gallium. Prin ntinderea traductorului tensiometric se reduce diametrul conductorului i crete rezistena electric a acestuia. Dup calibrarea traductorului prin ntinderea incremental a conductorului se poate msura variaia n tensiune. Deoarece traductorul tensiometric este nfurat n jurul unui segment de membru (gamb sau pulp), msurarea este circumferenial, ceea ce permite calcularea ariei seciunii segmentului. Volumul slice-ului segmentului de membru variaz n funcie de expandarea sau contracia volumului gambei. Traductorul tensiometric poate fi utilizat att n aplicaiile venoase, ct i n cele arteriale. Msurrile tensiometrice sunt determinate de reprezentrile tensiunii. Erorile de msurare pot fi cauzate de variaiile temperaturii n conductor, ceea ce afecteaz rezistena electric, schimbarea traductorului cu repoziionarea membrului, respectiv de selectarea unei zone mai puin sensibil la expansiunea de volum. Pletismografia cu traductor tensiometric poate msura proprietile vasculare periferice: debitul de snge dintr-un membru, rezistena vascular. Pentru obinerea debitului arterial n ml debit/100ml esut se folosesc un traductor tensiometric cu mercur i manete pentru modificarea presiunii. Manetele sunt comprimate rapid la 45 mmHg nregistrnd panta iniial a modificrii circumferinei n funcie de timp. Presiunea de ocluzie este crescut progresiv pn cnd este nregistrat modificarea volumului membrului. Aceasta este presiunea venoas. Presiunile care sunt mai mici dect presiunea venoas nu mresc mrimea membrului. Rezistena periferic estimat este egal cu diferena dintre presiunea arterial medie i presiunea venoas raportat la debitul indexat. Pentru determinarea capacitanei membrului, acesta este ridicat deasupra nivelului inimii pn cnd nu apare nici-o scdere n volum. Se folosesc creteri de 10 mmHg, ncepnd cu primul multiplu de 10 i depind presiunea venoas pn la maxim 60 mmHg. Presiunea venoas aproximeaz presiunea din manet. Presiunea este meninut 4 minute pentru a atinge o stare staionar. La presiuni sczute mrimea membrului atinge un platou. La pai de presiune mai mari nu este atins un platou, dar, dup o poriune curbilinie, membrul i crete mrimea liniar n raport cu timpul. Peste o presiune critic Pi, mai mare de obicei dect presiunea venoas Pv, sistemul limfatic nu poate compensa filtrarea, iar interstiiul crete cu o vitez proporional cu presiunea impus. Paii de presiune dintre Pv i Pi rezult ntr-un platou, pe cnd paii de presiune peste Pi rezult ntr-o curb asimptotic cu o linie dreapt cu panta pozitiv. Sunt folosite tehnicile ptratelor minime pentru potrivirea unei linii drepte cu punctele care cuprind contribuia filtrrii microvasculare liniare la umplere. Poriunea liniar este sustras electronic din mulimea curbelor pentru a obine curba rezidual care atinge un platou care reprezint umplerea vaselor.

37

Figure 16.

Pletismografia cu traductor tensiometric

38